專利名稱：風(fēng)輪機(jī)的多片式葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及風(fēng)輪機(jī)葉片，尤其是便于制造和運(yùn)輸?shù)亩嗥?葉片。
背景技術(shù)：
風(fēng)輪機(jī)包括一轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子支撐多個從轉(zhuǎn)子向外呈放射狀延伸的葉 片，以便獲取風(fēng)力動能并促使與發(fā)電機(jī)耦合的驅(qū)動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，以產(chǎn)生電 能。由風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生的能量多少決定于承載風(fēng)力作用的轉(zhuǎn)子葉片掃描曲面(swe印ing surface)，因此，增加葉片的長度通?？梢栽黾语L(fēng)輪機(jī)的 功率輸出。然而，用于陸基風(fēng)力農(nóng)場的葉片的尺寸目前在某種程度上受到運(yùn)輸 和基礎(chǔ)設(shè)施要求的限制。特別是橋梁和隧道的尺寸限制了葉片的最大翼 弦尺寸。為了解決由于超長葉片特別造成的運(yùn)輸問題，現(xiàn)有技術(shù)教示將葉片 分成設(shè)置有連接裝置的兩段或更多的縱向部分，以便每個部分可以分別 制造且所有的部分可以在風(fēng)輪機(jī)地點組裝。該現(xiàn)有技術(shù)的實例如下所述。DE3109566公開了一種風(fēng)輪機(jī)葉片，風(fēng)輪機(jī)葉片分成至少兩段縱向部 分，該至少兩段縱向部分通過膨脹螺栓保持一起。US4， 389, 182公開了一種風(fēng)輪機(jī)葉片，該風(fēng)輪機(jī)葉片分成若干段縱向 部分，這些縱向部分通過例如延伸穿過各葉片部分的鋼絲繩的張緊元件 相互連接起來。EP1244873A1公開了一種風(fēng)輪機(jī)葉片，該風(fēng)輪機(jī)葉片分成多個縱向部 分，這些縱向部分通過對接接頭連接起來，該對接接頭包括多個沿著連 接處排列的夾子和用于固定所述夾子的羅栓，所述夾子的端部分別固定 在被連接的部分上。與本發(fā)明為同一申請人的EP1584817A1和W02006/103307公開了一種風(fēng)輪機(jī)葉片，該葉片分成具有改進(jìn)的連接裝置的縱向部分。在將葉片分成縱向部分之外或者獨(dú)立于將葉片分成縱向部分，現(xiàn)有 技術(shù)還教示將葉片分成若干橫截部分，下面是這種現(xiàn)有的例子。EP1184566A1公開了一種風(fēng)輪機(jī)葉片，該風(fēng)輪機(jī)葉片通過組裝一個、 兩個或更多縱向部分而形成，每一個所述縱向部分包括一個芯體和一個 蓋體，所述芯體由一個縱向碳素纖維管形成， 一系列碳素纖維或玻璃纖 維橫肋安裝在所述縱向碳纖維管上，所述蓋體由連接到所述橫肋上的玻 璃纖維或碳素纖維形成。 .W001/46582A2公開了一種風(fēng)輪機(jī)葉片，該風(fēng)輪機(jī)葉片具有多個分段 的元件，這些分段的元件附著到負(fù)載傳遞箱桁上并由彈性接頭分隔開， 所述彈性接頭使得各段能夠相對于彼此移動，以使各段所在的葉片區(qū)域 的張應(yīng)力最小化。當(dāng)前風(fēng)力工業(yè)采用大型轉(zhuǎn)子葉片的趨勢要求新的轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計適合 于滿足運(yùn)輸要求并且滿足有關(guān)于葉片能達(dá)到100米的長度和最大弦長為8米的質(zhì)量制造要求。本發(fā)明旨在滿足上述要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能允許大型的風(fēng)輪機(jī)葉片在風(fēng)力農(nóng)場的安 裝地點或靠近風(fēng)力農(nóng)場的工廠內(nèi)組裝的風(fēng)輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種通過螺栓連接方式組裝所有葉片翼 板的風(fēng)輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)，從而獲得一種比風(fēng)輪機(jī)葉片的典型的粘接結(jié)構(gòu)更 可靠更輕便的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種允許優(yōu)化設(shè)計的風(fēng)輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種易于制造，操作及運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)輪機(jī)葉片。
本發(fā)明上述及其它的目的通過提供一種包括至少一個中心翼梁縱向 部分和至少兩個縱向殼體部分的風(fēng)輪機(jī)葉片來實現(xiàn)，其中
每個中心翼梁部分由按盒狀結(jié)構(gòu)并肩(side by side)布置的兩個 預(yù)制蓋板和兩個預(yù)制腹板構(gòu)成；
所述殼體部分靠近中心翼梁布置并形成相應(yīng)葉片部分的前緣和后
緣；
所述殼體由位于加壓側(cè)和吸入側(cè)的一個單體預(yù)制翼板或兩個預(yù)制翼 板構(gòu)成。
葉片的空氣動力學(xué)輪廓由所述蓋板和所述殼體翼板限定。 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將從下面關(guān)于所附附圖詳細(xì)描述中得知。


圖1為本發(fā)明風(fēng)輪機(jī)葉片的橫截面示意圖2為示出殼體的第一實施例的本發(fā)明風(fēng)輪機(jī)葉片的橫截面圖； 圖3為示出殼體的第二實施例的本發(fā)明風(fēng)輪機(jī)葉片的橫截面圖;圖4為示出中心翼梁和殼體縱向部分的第一實施例的本發(fā)明風(fēng)輪機(jī)
葉片的平面圖5為示出中心翼梁和殼體縱向部分的第二實施例的本發(fā)明風(fēng)輪機(jī) 葉片的平面圖6為示出中心翼梁和殼體縱向部分的第三實施例的本發(fā)明風(fēng)輪機(jī) 葉片的平面圖7為本發(fā)明風(fēng)輪機(jī)葉片的三個翼板之間螺栓連接的橫截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種多片式風(fēng)輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)，以優(yōu)化質(zhì)量和方便運(yùn)輸。 本發(fā)明將整個葉片分成用于現(xiàn)場組裝的若干部分，以達(dá)到下述目的。 第一個目的是允許大型葉片運(yùn)輸?shù)揭巴獠F(xiàn)場組裝。 第二個目的是獲取一種比風(fēng)輪機(jī)典型的粘接結(jié)構(gòu)更可靠更輕便的結(jié)構(gòu)。
第三個目的是對于葉片的不同部分允許選用不同的材料和/或生產(chǎn) 工藝和/或結(jié)構(gòu)形式。在任何結(jié)構(gòu)中，對不同部分的要求區(qū)別很大中心 翼梁為主要負(fù)載通道，殼體部分是空氣動力性能承擔(dān)部分，但是在結(jié)構(gòu) 上并沒有那么重要。在中心翼梁內(nèi)部，蓋板(cap)比腹板(web)承受 更大的載荷。多片式葉片允許根據(jù)每一部件所涉及的葉片價格優(yōu)化方面 的要求采用不同材料和/或生產(chǎn)工藝和/或結(jié)構(gòu)形式。
第四個目的是改進(jìn)葉片的生產(chǎn)工藝，尤其是質(zhì)量控制、生產(chǎn)效率、 后勤和廠房規(guī)模方面。
對于單一部件葉片，質(zhì)量保證主要由其尺寸大小條件限制。多片式 葉片的質(zhì)量保證和如果需要的潛在維修要容易得多，因此，非一致性的成本能夠降低。另外，統(tǒng)計上的質(zhì)量控制也得到改進(jìn)并可能達(dá)到更好的 生產(chǎn)工藝。
生產(chǎn)單一部件葉片的加工準(zhǔn)備時間(lead time)和節(jié)拍時間(tack time)長。這些時間隨著葉片的尺寸增加而增加。多片式葉片允許同時生 產(chǎn)不同部分，葉片的最后制造階段變?yōu)閱渭兊慕M裝階段。
多片式葉片允許葉片制造商根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)和必要時轉(zhuǎn)承包這些部件 的制造來組織生產(chǎn)安排。
如圖1所示，本發(fā)明的葉片具有機(jī)翼橫截面，該橫截面構(gòu)造為三個 單元部分由一個或多個翼板形成的中心翼梁7、前緣殼體5和后緣殼體 9。
前緣殼體5由前緣加壓側(cè)翼板11和前緣吸入側(cè)翼板13形成。 中心翼梁7由前梁腹板19、翼梁加壓側(cè)蓋板15、翼梁吸入側(cè)蓋板17
和后梁腹板21形成。
后緣殼體9由后緣加壓側(cè)翼板23和后緣吸入側(cè)翼板25形成。
在圖2所示的本發(fā)明殼體的第一實施例中，前緣殼體5由一單體翼
板31形成，后緣殼體9由兩個翼板23和25形成。
在圖3所示的本發(fā)明殼體的第二實施例中，前緣殼體5由一單體翼
板31形成，后緣殼體9由一單體翼板33形成。
葉片可以包括一個附加的后緣尖端部分35 (僅在圖2中表示)，此
部分用于改進(jìn)末端的空氣動力性能并避免葉片后緣處的連接。
如圖4、 5、 6中所示，葉片可以包括一個或若干個中心翼梁縱向部 分7、 7， 、 7"， 一個或若干個前緣殼體縱向部分5、 5， 、 5" 、 5'"、 5'''，，以及一個或若干個后緣殼體縱向部分9、 9， 、 9" 、 9''' 、 9''''。 葉片還包括一個尖端部分10，該尖端部分作為額外的部件制造并組裝到 中心翼梁和殼體上面。
10優(yōu)選地，縱向殼體部分的數(shù)量等于或大于縱向中心翼梁部分的數(shù)量。 在圖4所示的實施例中，葉片1包括一個中心翼梁縱向部分7， 一個
前緣殼體縱向部分5， 一個后緣殼體縱向部分9和尖端部分10。
在圖5所示的實施例中，葉片3包括一個中心翼梁縱向部分7，四個 前緣殼體縱向部分5， 、 5"、 5'"、 5，''，；三個后緣殼體縱向部分9，、 9" 、 9"'和尖端部分10。
在圖6所示的實施例中，葉片5包括兩個中心翼梁縱向部分7' 、 7"， 四個前緣殼體縱向部分5， 、 5"、 5，，，、 5，，，，，三個后緣殼體縱向部分 9' 、 9" 、 9"'和尖端部分10。
本多片式構(gòu)造與現(xiàn)有技術(shù)中的多部件葉片之間的相關(guān)區(qū)別是翼板相 鄰設(shè)置，因此，蓋板不僅具備結(jié)構(gòu)性功能而且具有空氣動力學(xué)功能，然 而，現(xiàn)有技術(shù)中的葉片構(gòu)造是基于空氣動力學(xué)外殼與內(nèi)部的負(fù)載支撐蓋 板和腹板。
通過連接所有相鄰的翼板組裝葉片。
機(jī)械方式、化學(xué)方式或者機(jī)械和化學(xué)的組合方式可以用于中心翼梁 部分之間的縱向連接。尤其是EP1584817A1和W02006/103307中公開的 機(jī)械連接方式是上述連接的適當(dāng)方式，所述兩篇文獻(xiàn)通過引用結(jié)合在本 申請中。
機(jī)械連接，例如螺栓連接，可以用于縱向殼體之間的縱向連接和翼 板之間的橫向連接。
化學(xué)-機(jī)械連接，即機(jī)械方式例如螺栓和化學(xué)方式例如粘接方式相結(jié) 合的連接，也可以用于縱向殼體之間的縱向連接和翼板之間的橫向連接。
在現(xiàn)有技術(shù)中，已知的分段式葉片所需要的連接僅僅涉及兩個葉片 元件，本發(fā)明的多片式結(jié)構(gòu)可以涉及三個翼板之間的連接，即圖7中所 示的翼梁蓋板17、翼梁腹板21和后緣翼板25之間的連接。在此例中，接頭是三個翼板17、 21、 25之間的螺栓聯(lián)接29，所述翼 板17、 21、 25的邊緣包括相互平行的平面延伸部41、 45、 43，以允許這 種連接。如圖7所示，蓋板和后緣翼板17、 25的平面延伸部41、 43和 后緣的平面延伸17， 25遵循(follow)所述翼板的輪廓，翼梁腹板21 的平面延伸部45構(gòu)成該翼板的成角度的延伸部u
在任何例子中，翼板間的連接應(yīng)當(dāng)保持所要求的葉片的空氣動力學(xué) 外表面，需要時，采用密封材料或整流罩覆蓋相鄰翼板的邊緣。
本發(fā)明的一個重要特征在于各類型的翼板甚至葉片不同縱向部分上 的相同類型的翼板的材料、結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及生產(chǎn)工藝可以不同，使得能夠 優(yōu)化葉片的設(shè)計和/或生產(chǎn)。
在這個方面，主要的選擇方案如下 結(jié)構(gòu)構(gòu)造實心的層壓板和夾層結(jié)構(gòu)。
材料與各種用于夾層結(jié)構(gòu)的芯料相結(jié)合的纖維增強(qiáng)塑料(尤其是 碳素纖維增強(qiáng)塑料和玻璃纖維增強(qiáng)塑料)。
生產(chǎn)工藝預(yù)浸漬料坯成型/樹脂浸漬(Resin Infusion) /濕法復(fù) 合成型和高壓釜/真空輔助固化。
對于上面提到的本發(fā)明的實施例，不同翼板的主要特征如下
前緣翼板11、 13、 31，具有泡沫芯料的玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP) 夾層結(jié)構(gòu)。單體式前緣曲形翼板31在陰模里制造。
葉片的翼梁蓋板15、 17具有兩個中心翼梁縱向部分。除基部(未示 出)之外，葉片5包括第一部分7'和第二部分7"，在第一部分7'內(nèi)， 翼梁蓋板15、 17由制作為具有輕木芯料的玻璃纖維預(yù)浸料的夾層結(jié)構(gòu)的 第一區(qū)間和制作為具有玻璃或碳素纖維拉擠成的芯料的玻璃纖維預(yù)浸料 的夾層結(jié)構(gòu)的第二區(qū)間構(gòu)成，在第二部分7"內(nèi)，翼梁蓋板15、 17由制 作為具有玻璃或碳素纖維拉擠成的芯料的玻璃纖維預(yù)浸料的夾層結(jié)構(gòu)的第一區(qū)間、制作為具有輕木芯料的碳素纖維預(yù)浸料的夾層結(jié)構(gòu)的第二區(qū) 間和制作為碳素纖維預(yù)浸料的實心層壓板的第三區(qū)間構(gòu)成。本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以輕易理解上述結(jié)構(gòu)是考慮到所有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是葉片強(qiáng)度和 葉片鋼度要求的設(shè)計程序的結(jié)果。翼梁腹板19、 21，具有泡沫芯料的玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP)夾層 結(jié)構(gòu)。后緣翼板23、 25、 33，具有泡沬芯料的玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP) 夾層結(jié)構(gòu)。盡管已經(jīng)結(jié)合較佳實施例充分地描述了本發(fā)明，但很明顯，本發(fā)明 并不限于這些實施例，在本申請權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，可以對所述實 施例進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)輪機(jī)葉片(1、3、5)，包括至少一個中心翼梁縱向部分(7)和兩個殼體縱向部分(5、9)，其特征在于a)每個中心翼梁部分(7、7’、7”)由按盒狀結(jié)構(gòu)并肩布置的兩個預(yù)制蓋板(15、17)和兩個預(yù)制腹板(19、21)構(gòu)成；b)分別形成相應(yīng)葉片部分的前緣和后緣的每個殼體部分(5、5’、5”、5、5””；9、9’、9”、9)靠近中心翼梁部分(7、7’、7”)布置；c)每個殼體部分(5、5’、5”、5、5””；9、9’、9”、9)由一單體預(yù)制翼板(31、33)或兩個預(yù)制翼板構(gòu)成第一預(yù)制翼板(11、23)位于加壓側(cè)且第二預(yù)制翼板(13、25)位于吸入側(cè)；d)葉片的空氣動力學(xué)輪廓由所述蓋板(15、17)和所述單體殼體翼板(31、33)或所述第一和第二殼體翼板(11、23；13、25)限定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)輪機(jī)葉片(1、 3、 5)，其特征在于， 形成前緣的殼體部分(5、 5， 、 5" 、 5''' 、 5'''')由單體預(yù)制翼板(31) 構(gòu)成，且形成后緣的殼體部分(9、 9' 、 9" 、 9"')由位于加壓側(cè)的第 一預(yù)制翼板(23)和位于吸入側(cè)的第二預(yù)制翼板(25)構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)輪機(jī)葉片(1、 3、 5)，其特征在于， 形成前緣的殼體部分(5、 5' 、 5" 、 5"'、 5'"')和形成后緣的殼體 部分(9、 9， 、 9" 、 9'")由單體預(yù)制翼板(31、 33)構(gòu)成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何一項所述的風(fēng)輪機(jī)葉片(1、 3、 5)， 其特征在于，后緣殼體部分(9、 9' 、 9" 、 9"')還包括一附加的尖端 部分(35)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任何一項所述的風(fēng)輪機(jī)葉片(1、 3、 5)， 其特征在于，葉片還包括一縱向尖端部分(10)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一項所述的風(fēng)輪機(jī)葉片(1、 3、 5)， 其特征在于，所述殼體縱向部分(5、 5， 、 5" 、 5'"、 5'"'; 9、 9，、 9" 、 9'")的數(shù)量等于或大于所述中心翼梁縱向部分(7、 7' 、 7") 的數(shù)量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)輪機(jī)葉片(1)，其特征在于，所述風(fēng) 輪機(jī)葉片包括一個中心翼梁縱向部分(7)和兩個殼體縱向部分(5、 9)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)輪機(jī)葉片(3)，其特征在于，所述風(fēng) 輪機(jī)葉片包括一個中心翼梁縱向部分(7)和若干個殼體縱向部分(5'、 5，， 、 5…、5，，，' ； 9， 、 9" 、 9'，，)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述風(fēng) 輪機(jī)葉片包括若干個中心翼梁縱向部分(7' 、 7")和若干個殼體縱向 部分(5， 、 5" 、 5，，' ； 9， 、 9" 、 9，'，)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，至少兩 個中心翼梁縱向部分(7' 、 7")的蓋板(15、 17)的特征在下述方面 不同蓋板(15、 17)的材料； 蓋板(15、 17)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任何一項所述的風(fēng)輪機(jī)葉片(1、 3、 5)， 其特征在于，蓋板(15、 17)、腹板(19、 21)和殼體翼板(11、 13; 25、 27; 31、 33)包括位于其連接區(qū)域的邊緣的平面延伸部(41、 43、 45)，所述平面延伸部(41、 43、 45)之間相互平行。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l-ll中任何一項所述的風(fēng)輪機(jī)葉片(1、 3、 5)， 其特征在于，翼板之間所有的連接均為機(jī)械連接。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1-11中任何一項所述的風(fēng)輪機(jī)葉片(1、 3、 5)， 其特征在于，中心翼梁板(15、 17、 19、 21)之間的連接為化學(xué)連接， 殼體翼板(11、 13; 23、 25; 31、 33)與中心翼梁板(15、 17、 19、 21) 之間的連接為機(jī)械連接。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l-ll中任何一項所述的風(fēng)輪機(jī)葉片(1、 3、 5)， 其特征在于，翼板之間所有的連接為化學(xué)-機(jī)械連接。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1-14中任何一項所述的風(fēng)輪機(jī)葉片(1、 3、 5)， 其特征在于，蓋板(15、 17)的材料包括下列材料之一碳素纖維增強(qiáng)塑料；玻璃纖維增強(qiáng)塑料。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任何一項所述的風(fēng)輪機(jī)葉片(1、 3、 5)， 其特征在于，蓋板(15、 17)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造包括下列構(gòu)造之一 實心的層壓板； 夾層結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種風(fēng)輪機(jī)葉片(1、3、5)，包括至少一個中心翼梁縱向部分(7、7’、7”)和至少兩個殼體縱向部分(5、5’、5”、5”’、5””；9、9’、9”、9”’)。所述至少一個中心翼梁縱向部分由按盒狀結(jié)構(gòu)并肩布置的兩個預(yù)制蓋板(15、17)和兩個預(yù)制腹板(19、21)構(gòu)成。所述至少兩個殼體縱向部分分別形成相應(yīng)葉片部分的前緣和后緣，該前緣和后緣靠近中心翼梁部分(7、7’、7”)布置并由一單體預(yù)制翼板(31、33)或兩個預(yù)制翼板(11、23；13、25)構(gòu)成。葉片的空氣動力學(xué)輪廓由所述蓋板(15、17)和所述單體殼體翼板(31、33)或所述兩個殼體翼板(11、23；13、25)限定。
文檔編號F03D11/00GK101255847SQ20081000617
公開日2008年9月3日 申請日期2008年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者桑斯·帕斯夸爾·埃內(nèi)科, 阿羅塞納·德拉魯阿·隆 申請人:歌美颯創(chuàng)新技術(shù)公司